CN109187736A - 一种原油输送管道内腐蚀检测系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种原油管道内腐蚀检测系统，包括定位器、电磁发射与涡流检测装置、电路控制与数据存储装置、里程计数轮、电池组、速度控制板、驱动皮碗和数据分析单元。本发明基于电磁涡流检测技术原理，用于检测原油输送管道内表面的裂纹、坑型缺陷。通过安装聚氨酯材质的速度控制板，确保检测装置运行平稳；通过安装30Hz低频信号的装置定位器，提高管道腐蚀缺陷的定位精度；通过安装32G高速SD卡数据存储单元，用于存储检测装置的检测数据和里程轮的计数；通过计算机上的数据分析单元将产生的感应电流与激励电流之间的相位差和感应线圈中的感应电压幅值分析出缺陷特征。本发明有利于及早发现原油输送管道内腐蚀情况，开展针对性防腐治理措施。
Description
技术领域
本发明涉及一种原油输送管道内腐蚀检测系统，主要是用于油田油气管道内腐蚀检测，特别是适用于漏磁检测技术无法实施的管径小于200mm的小直径管道内腐蚀检测，同时该检测系统还可用于输水管道、输送气体管道的内腐蚀检测。
背景技术
管道内检测技术是用于判断管道内腐蚀缺陷状况并使之量化的管道完整性检测工具，按照检测方式可以分为：漏磁通型、超声波型、涡流型、电磁声波型等。其中，漏磁检测是目前较为成熟且工业化最为广泛的管道内检测技术，但该项技术目前只适应于检测管径大于200mm管道内腐蚀检测，对于油田90％的管径小于200mm的原油输送管道没有有效的管道内腐蚀检测技术。
电磁涡流检测技术，主要用于检测零件表面的裂纹和坑型缺陷，不需要耦合，对管道内环境要求较低，管输介质不影响检测。
与本发明相关的公开报道有：1、“在线管道缺陷常用检测方法分析探头在金属表面移动”(《管道技术与设备》2009年第6期)一文中分析了涡流检测在检测灵敏度方面，涡流主要分布在金属材料的表面附近，涡流检测适用于导体表面缺陷或者近表面缺陷，对于表面缺陷,涡流法检测的灵敏度高于漏磁法。2、“油气管道内检测常用方法”(《EquipmentManufacturing Technology》No.1，2015)介绍了远场涡流技术具有信号强，信息量大，可以实现多个表面深度的测量，检测速度快等优点，但是强信号的相互干扰、高能耗等缺点，也成为影响该技术发展的局限性。3、“管道内表面缺陷的涡流检测方法”(《仪表技术与传感器》(2014年第10期)介绍了通过提高检测线圈分辨率的涡流检测方法，利用ANSYS仿真技术，开发了线圈探头实验装置，并利用该装置实现了45#钢板的检测。4、“远场涡流技术在管道检测中的应用”(《军械工程学院学报》2000年12期增刊)，介绍了远场涡流技术原理在管道无损检测中的应用实验研究,初步探讨了检测信号与管壁厚度和激励频率的关系。
虽然已有涡流检测技术报道，但应用与管道内腐蚀检测技术因检测区域狭小，在检验材料需作全面扫查时，检验速度较慢。涡流探伤至今还是处于当量比较检测阶段，对缺陷做出准确的定性定量判断尚待开发。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能对原油输送管道内腐蚀缺陷定性和定量、精确定位的管道内腐蚀检测系统。
本发明采用如下技术方案来实现的：
一种原油输送管道内腐蚀检测系统，包括装置定位器、万向节、定位电池组、探头电池组、电磁发射与涡流检测装置、速度控制板、电路控制和数据存储装置、装置位置接收器、里程计数轮和驱动皮碗；其中，
电磁发射与涡流检测装置，其由产生50KHZ电磁波的低频电磁发射装置、涡流检测装置集成形成，通过万向节与探头电池组一端连接；电磁发射与接收装置的前端为与探头电池组另一端连接的定位电池组与装置定位器；电磁发射与涡流检测装置的后端为电路控制和数据存储装置，其通过万向节与里程计数轮和驱动皮碗连接；在整个装置上安装有5～6个聚氨脂材质的速度控制板；
装置定位器通过地面行走的装置位置接收器，确定管道中检测器的位置；电路控制与数据存储装置通过USB接口与外接电脑数据分析单元连接，用于分析解释管道内腐蚀状况。
本发明进一步的改进在于，电磁发射与涡流检测装置由设置在铁磁管道内的激励线圈、检测线圈和接收传感器组成；电路控制和数据存储装置由信号发生器、功率放大电路、前置放大器、信号调理电路和数据采集卡组成；
控制电流不变，电路控制和数据存储装置的信号发生器产生的放大脉冲信号，经功率放大器放大到所需要的功率后，通过激励线圈发射50KHZ低频电磁波，作用在铁磁管道内表面产生涡流磁场，涡流磁场在铁磁管道传输过程中因铁磁管道表面缺陷会发生变化，在缺陷处形成漏磁场，由接收传感器和检测线圈获取的漏磁场信号，传输到电路控制和数据存储装置的前置放大器放大，放大后的检测信号经信号调理电路滤波处理，存储于32G高速SD数据采集卡，最后通过外接电脑数据分析单元将产生的感应电流与激励电流之间的相位差和感应线圈中的感应电压幅值分析出缺陷特征。
本发明进一步的改进在于，里程计数轮由磁铁和霍尔元件传感器组成，共3个里程计量轮，进行同步计量，提高定位精度，满足定位要求。
本发明进一步的改进在于，定位电池组和探头电池组均由12V、1.8Ah电池组构成，用于维持电磁发射与涡流检测装置的电磁场发生、感应磁场接收和产生，以及装置定位器信号产生和数据存储。
本发明进一步的改进在于，速度控制板用于支撑检测系统平衡和控制检测系统运移速度。
本发明进一步的改进在于，驱动皮碗，用于将管输动力转换为检测系统前进动力，驱动检测系统以合理的运移速度开展管道内腐蚀检测。
本发明进一步的改进在于，万向节是柔性连接结构采用不锈钢弹簧结构，满足360°无方向的转弯，用于管道内腐蚀检测系统中各部分的柔性连接，保证整个装置在管道中弯曲段顺畅运行。
本发明进一步的改进在于，外接电脑数据分析单元是利用电路控制和数据存储装置存储检测电磁信号，应用计算机上的数据分析单元进行信号处理，分析管道内表面腐蚀和缺陷特征。
本发明具有如下有益的技术效果：
1、通过安装速度控制装置，调节装置在管道中的运行速度，较少管道缺陷漏检和涡流检测信号完整的情况
2、通过安装基于30Hz的低频信号发生器的装置定位器，实现了对管道检测器在运行过程中的定时定位，提高管道腐蚀缺陷定位分析精度，监测了管道内腐蚀运行状况。
3、通过安装32G高速SD卡的数据存储装置，将采集到的数据送到数据压缩单元，数据压缩单元以DSP为核心，以压缩编码方式进行检测数据压缩后存储，保证了检测数据的完整性。
4、通过安装高容量电池组，保证了检测器的装置定位器、电磁波发射和涡流检测装置等能耗需要。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2是本发明的工作流程图。
附图标记说明：1-装置定位器，2-万向节，3-定位电池组，4-探头电池组，5-电磁发射与涡流检测装置，6-速度控制板，7-电路控制和数据存储装置，8-装置位置接收器，9-里程计数轮，10-驱动皮碗。
具体实施方式
下面结合附图举例对本发明更详细的描述
如图1所示，本发明提供的一种原油输送管道内腐蚀检测系统，包括装置定位器1、万向节2、定位电池组3、探头电池组4、电磁发射与涡流检测装置5、速度控制板6、电路控制和数据存储装置7、装置位置接收器8、里程计数轮9和驱动皮碗10。
其中，电磁发射与涡流检测装置5，其由产生50KHZ电磁波的低频电磁发射装置、涡流检测装置集成形成，通过万向节2与探头电池组11一端连接；电磁发射与接收装置5的前端为与探头电池组4另一端连接的定位电池组3与装置定位器1；电磁发射与涡流检测装置5的后端为电路控制和数据存储装置7，其通过万向节2与里程计数轮9和驱动皮碗10连接；在整个装置上安装有5～6个聚氨脂材质的速度控制板6；装置定位器1通过地面行走的装置位置接收器8，确定管道中检测器的位置；电路控制与数据存储装置7通过USB接口与外接电脑数据分析单元连接，用于分析解释管道内腐蚀状况。
为了对本发明进一步了解，现对其各个部件详细说明如下：
1、装置定位器。由发射30Hz的低频信号发射器、耐压密封钢制壳组成，保证产生的30Hz的低频信号无衰减发射出去，能使管道地面上部的30Hz低频信号的定位接收器接收，以确定检测器在管道中的位置。
2、电磁发射与涡流检测装置。由设置在铁磁管道501内的激励线圈502、检测线圈503、接收传感器集成在一起，密封于具有耐压、非金属容器中。检测器在运行过程中，电磁发射与涡流检测装置中的激励线圈、近管道内表面、接收线圈、接收传感器形成闭合的电磁回路，在管道内表面产生电感应涡流，相同频率磁场在铁磁管道501中传输。
3、电路控制和数据存储装置。由信号发生器、功率放大电路、前置放大器、信号调理电路和数据采集卡组成。通过控制电流不变，使信号发生器产生的所需要的脉冲信号，经功率放大器放大到所需要的功率后输入到电磁发射与涡流检测装置。电磁发射与涡流检测装置产生的检测低频电磁波，通过前置放大器、信号调理电路处理后存储于32G高速SD数据采集卡。
4、里程计量轮。由磁铁和霍尔元件传感器组成，共3个里程计量轮、进行同步计量，大大提高定位精度，满足定位要求。
5、速度控制板和驱动皮碗。通过材料、形状和数量控制，将检测器在管道中的运移速度控制在检测数据和图像采集最佳区间，提高检测数据的分辨率。
6、定位电池组和探头电池组。使用12V、1.8Ah电池数量，必须满足检测管道长度的装置定位器、电磁波发射和涡流检测装置能耗需要，并且有能耗1-2倍的能耗余量。
本发明的装置的工作原理及主要特点为：靠原油(或水)压力和速度控制装置在管道中稳定运行的管道内腐蚀缺陷检测器通过低频电磁波在待测管道产生电感应涡流，同时涡流产生相同频率磁场，磁感应线会被约束在管道中。管道内表面有腐蚀缺陷，磁阻变大，使磁路中的磁通发生畸变，在材料表面缺陷处形成漏磁场，由接收传感器、检测线圈获取的漏磁场信号，通过对产生的感应电流与激励电流之间的相位差和感应线圈中的感应电压幅值分析出缺陷特征。根据基于电磁涡流技术原理形成的原油管道内腐蚀检测系统，有利于及早发现原油输送管道腐蚀状况，开展针对性防腐治理措施。
管道内腐蚀检测器通过液体在驱动皮碗表面产生的压力差形成驱动力在管道内向前推进，由于管内液体压力的变化使检测器运行不稳定，使检测的准确性受到影响，所以在检测装置上安装速度控制器，通过改变驱动面积和安装数量，达到稳定驱动力和控制检测器运移速度的目的。
在管道内腐蚀检测器本体上安装一个30Hz的低频信号发生器的装置定位装置，在地面每隔一段距离安装一个该发生器的接收装置，通过对30Hz低频信号的发射和接收完成对管道内腐蚀检测器的定时定位，结合里程计数轮内的数据信息，可以提高对缺陷的准确定位。
管道内腐蚀检测器通过对组成部件的小型化，特别是通过对电磁波发射和涡流检测装置的结构优化达到了适应于管径小于200mm的小直径管道内腐蚀检测，填补了技术空白，检测管径最小达到76mm，基本覆盖了油田输油管道。
如图2所示，管道内腐蚀检测器在管道运行过程中，其所带的电池组通过使信号发生器产生的所需要的脉冲信号，经功率放大器放大到所需要的功率后输入到电磁发射与涡流检测装置。电磁发射与涡流检测装置产生的检测低频电磁波，通过前置放大器、信号调理电路处理后存储于32G高速SD数据采集卡。
当管壁没有腐蚀缺陷时，磁感应线在管道内磁通平行于材料表面，被检材料表面几乎没有磁场；如果被磁化材料有缺陷，其磁导率很小、磁阻很大，使磁路中的磁通发生畸变，其感应线会发生变化，部分磁通直接通过缺陷或从材料内部绕过缺陷，还有部分磁通会泄露到材料表面的空间中，从而在材料表面缺陷处形成漏磁场。利用磁感应传感器(如霍尔传感器)获取漏磁场信号，以FPGA为核心构成多通道高速数据采集单元，将采集到的数据送到数据压缩单元，数据压缩单元以DSP为核心，以压缩编码方式进行检测数据压缩后存储32G高速SD卡。检测器的里程计数轮实现检测器位置、腐蚀缺陷的内定位，里程计数轮紧贴管内壁，当检测器行走时，里程计数轮每转动一周，检测器就记下一个里程数，以此来确定检测器的腐蚀缺陷位置。若管壁存在油污，致使里程计数轮打滑，产生定位误差，通过本发明的装置定位器，通过发射30Hz低频信号器与地面上每隔一段距离安放一个该信号发生器的定位接收器，实现对管道内腐蚀检测器运行过程中的定时定位，将此信息与检测器定位的里程轮计数器的信息结合进行数据分析可以精确管道缺陷位置。
为了能够适应小于200mm的小直径管道内腐蚀检测，本发明在引入涡流检测技术的同时，通过对各组件小型化研究，实现了在原油输送管道内腐蚀检测。
Claims (8)
1.一种原油输送管道内腐蚀检测系统，其特征在于，包括装置定位器(1)、万向节(2)、定位电池组(3)、探头电池组(4)、电磁发射与涡流检测装置(5)、速度控制板(6)、电路控制和数据存储装置(7)、装置位置接收器(8)、里程计数轮(9)和驱动皮碗(10)；其中，
电磁发射与涡流检测装置(5)，其由产生50KHZ电磁波的低频电磁发射装置、涡流检测装置集成形成，通过万向节(2)与探头电池组(4)一端连接；电磁发射与接收装置(5)的前端为与探头电池组(4)另一端连接的定位电池组(3)与装置定位器(1)；电磁发射与涡流检测装置(5)的后端为电路控制和数据存储装置(7)，其通过万向节(2)与里程计数轮(9)和驱动皮碗(10)连接；在整个装置上安装有5～6个聚氨脂材质的速度控制板(6)；
装置定位器(1)通过地面行走的装置位置接收器(8)，确定管道中检测器的位置；电路控制与数据存储装置(7)通过USB接口与外接电脑数据分析单元连接，用于分析解释管道内腐蚀状况。
2.根据权利要求1所述的一种原油输送管道内腐蚀检测系统，其特征在于，电磁发射与涡流检测装置(5)由设置在铁磁管道(501)内的激励线圈(502)、检测线圈(503)和接收传感器组成；电路控制和数据存储装置(7)由信号发生器、功率放大电路、前置放大器、信号调理电路和数据采集卡组成；
控制电流不变，电路控制和数据存储装置(7)的信号发生器产生的放大脉冲信号，经功率放大器放大到所需要的功率后，通过激励线圈(502)发射50KHZ低频电磁波，作用在铁磁管道(501)内表面产生涡流磁场，涡流磁场在铁磁管道(501)传输过程中因铁磁管道(501)表面缺陷会发生变化，在缺陷处形成漏磁场，由接收传感器和检测线圈(503)获取的漏磁场信号，传输到电路控制和数据存储装置(7)的前置放大器放大，放大后的检测信号经信号调理电路滤波处理，存储于32G高速SD数据采集卡，最后通过外接电脑数据分析单元将产生的感应电流与激励电流之间的相位差和感应线圈中的感应电压幅值分析出缺陷特征。
3.根据权利要求1所述的一种原油输送管道内腐蚀检测系统，其特征在于，里程计数轮(9)由磁铁和霍尔元件传感器组成，共3个里程计量轮，进行同步计量，提高定位精度，满足定位要求。
4.根据权利要求1所述的一种原油输送管道内腐蚀检测系统，其特征在于，定位电池组(3)和探头电池组(4)均由12V、1.8Ah电池组构成，用于维持电磁发射与涡流检测装置(5)的电磁场发生、感应磁场接收和产生，以及装置定位器(1)信号产生和数据存储。
5.根据权利要求1所述的一种原油输送管道内腐蚀检测系统，其特征在于，速度控制板(6)用于支撑检测系统平衡和控制检测系统运移速度。
6.根据权利要求1所述的一种原油输送管道内腐蚀检测系统，其特征在于，驱动皮碗(10)，用于将管输动力转换为检测系统前进动力，驱动检测系统以合理的运移速度开展管道内腐蚀检测。
7.根据权利要求1所述的一种原油输送管道内腐蚀检测系统，其特征在于，万向节(2)是柔性连接结构采用不锈钢弹簧结构，满足360°无方向的转弯，用于管道内腐蚀检测系统中各部分的柔性连接，保证整个装置在管道中弯曲段顺畅运行。
8.根据权利要求1所述的一种原油输送管道内腐蚀检测系统，其特征在于，外接电脑数据分析单元是利用电路控制和数据存储装置(7)存储检测电磁信号，应用计算机上的数据分析单元进行信号处理，分析管道内表面腐蚀和缺陷特征。
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